автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Исследование нелинейных процессов деформирования системы "основание-фундамент" по результатам статических испытаний фундаментов уплотнения с учетом фактора времени

ДНЕПРОПЕТРОВСКИЙ ШХЕНЕРВО-СТРОЕТЕЛЬНЫВ ИНСТИТУТ

исследовйме нелшйш процессов шркйровшя систем "(швшше-фвдшг по результатам сшнчесш йсшший фщйшов шотшия

с шм mm бремени

05.23.02 - Основания и Фунжамеяты

й В 1 DPÍÍEFÜT

Диссертации на соис«акяе ученой гтепсни кандидата тегнячесги* яау*

Днещюпстровс* 1992

Яг правах рукописи

БКЛОКОНЬ Александр Виесдаевяч

Работа выполнена на кафедре "Основания и фундаменты" Полтавского инженерно-строительного института.

Научный руководитель Официальные оппоненты

кандидат технических наук, доцент 30ЦЕНК0 Н.Л.

доктор технических наук, профессор ГЕЙЗЕН P.E.

кандидат технических наук, ст.науч.сотр. ШйПОВДЛ В.Г.

Зедупая организация

"УКРСПЕЦСТРОЙПРОЕКТ-

Защита диссертации состоится _ 1992г. -

11 ^ з ^— часов на заседании специализированного Совета

К 068.32.01 Днепропетровского инженерно-строительного института по специальности 05.23.02 "Основания и фундаменты" по адресу 320600, Днепропетровск, ул. Чернышевского 24а, ЛИСИ, зал заседаний ученего совета.

С диссертацией мозно ознакомиться в библиотеке института.

Йвтзреферат разослан

1992г.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат технических наук,

доцент Седин В. Л.

м г . , 2

-. V :

^/'¿м * ОБДДЯ ЯЙРЛЕТВРНСГЙКЙ РЙБОТН

иссвргл^йй (

Актуальность темы- В настояаее время к одной з наиболее перспективных технологий Фуидаментостроения следует гнести методы устройства Фундаментов в вытрамбованных котлованах, робитых и вьгатакпованнцх скважинах. Эти конструкции относятся :: лассу Фундаментов уплотнения и характеризуются повышенной удель-ой несущей способностью, обусловлекой яокаяьным улучшением войств грунтов фундируемой тояди.

Как правило внедрение новых конструкций фундаментов уплотие-ия и технологий их возведения требует проведения полевых испыта-ий опытных Фундаментов статическими нагрузками. Использованиг нформации, полученной по результатам столь дорогостоящих экспери-ентов С хотя последние и несут в себе наиболее полную информацию работе системы "основание-фундамент") крайне неэффективно и обу-лсвлено следующим: отсутствием достоверных критериев определения частного значения предельного сопротивления Фундамента по результатам полевых испытаний статическими нагрузками;

отсутствием методики расчета несудей способности системы "основание-фундамент", основанной на современных нелинейнчх обобкенных моделях;

отсутствием методики прогноза деформативнссти систем« "основание-Фундамент" с учетом фактора времени.

Изяожевнкр выке агрументы обосновывают актуальность научны«? сследований в данном направлении.

Целью диссертационной работы !В«яется совершенствование методики расчета фундаментов ■плотнекия с учетоу осоСннопей их гозведеиия (технологически»

Фактсров), а так же фактора времени, на основе обобщенной Феноменологической нелинейной модели деформирования системы "основание-фундамент". Исходя из этого в диссертации решаются сгедукние задачи:

сбор г обобщение базы экспериментальных данных по полевым испытаниям статическими нагрузками фундаментов уплотнения и наблюдений за осадками зданий, построенных на таких фундаментах ;

теоретическая . разработка обобщенной нелинейной

Феноменологической модели деформирования системы "основание-Фундамент" ;

проведение вычислительного эксперимента на базе данных по испытаниям Фундаментов статическими нагрузками с целою определения параметров модели деформирования системы "основание-Фундамент" , качественный и количественный анализ влияния параметров модели на деформативность и несущую способность си стек» ;

- . проведение нелинейного парного и многофакторного

регрессионного анализа зависимостей изменения параметров обобиенной моделг;

- численный прогноз на базе принятой обобщённой модели несудей способности и деформативности системы "основание-Фундамент" с учётом Фактора времени.

Научная. новизна диссертационной работы состоит в следующем:

- теоретически разработана обобщенная нелинейная феноменологическая модель деформированил системы "основание-фундамент", с физическим обоснованием и анализом параметров модели с точки зрения кинетической теории, сопоставлением с известными нелинейными моделями теории наследственной полз:у* зсти,

анализом параметров модели через дифференциалы функции ^Формирования;

разработаны алгоритмы и пакет прикладных программ для проведения вычислительного эксперимента по определению и исследованию параметров принятой обобтённой модели системы;

проведен вычислительный эксперимент по исследованию параметров принятой модели деформирования системы с количественным и качественным анализом их влияния на деформативность и несущую способность системы, нелинейным парным и множественным регрессионным анализом функциональных зависимостей изменения параметров от различных факторов;

на основе принятой модели разработаны критерии и практические методы по оценке несущей способности фундаментов уплотнения и прогнозу осадок сооружений с учетом фактора времени.

Практическая ценность и реализация результатов диссертационной работы.

Исследовательские задачи, решение которых найдено в диссерта-ционнй работе.входили в состав научно-исследовательской темы"Внедрение прогрессивных фундаментов уплотнения в практику строитель-тва", котрая является составной частью республиканской программы РН.Ц.ООЗ "Материалоемкость".

Результаты исследований внедрены при проектировании и строительстве фундаментов в пробитых скважинах на объектах гражданского и промышленного назначения в тресте "Укрвостокнетегазстрой" и тресте "Сумыоргагрострой" и прменялись ддя оценки яесувеЯ способности и прогноза осадок сооружений во времени.

Обаий экономический эффект от внедрения Фундаментов в пробитых скважинах взамен призматических забивных свай составил 237.57 тыс.р. в том числе за счет внедрения методов рачета - 48,3 тыс.?.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на следующих конференциях:

1. II Всесоюзная конференция "Использование достижений нелинейной механики грунтов в проектировании оснований и фундаментов". (Йошкар-Ола, сентябрь, 1989 год).

2. II Всесоюзная конференция " Современные проблемы свайного Фундаментостроения в СССР". (Одесса,•июнь,1990 год).

3. Республиканская конференция "Совершенствование железобетонных конструкций, работающих на сложные виды деформаций, и их знедрение в строительную практику".(Полтава, октябрь, 198Э год).

4-, Научно-технический семинар "Использование натурных наблюдений для проектирования Фундаментов и изысканий в условиях слабых грунтов". (Ленинград, июль, 1980 год).

5. Зональная научно-практическая конференция "Совершенствование и внедрение фундаментов в вытрамбованных котлованах". (ГКнза, сентябрь, 1989 го;; '). '■,

6. Зональная научно-практическая конференция "Устройство и усиление фундаментов с улучшением строительных свбйств грунтов оснований". (Пенза, сентябрь, 1991 год ).

7. XXXIX-XLII научные конференции профессоров, преподавателей, научных работников, аспирантов и студентов Полтавского ИСИ.

По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ. Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, и приложений Общий об-ъём работы составляет 190 страниц, в том числе 111 странш машшописного текста, 9 рисунков, 9 таблиц, 46 страниц приложений списка использованной литературы из 144 наименований советских и зарубежных авторов на 15 страницах.

На защиту выносятся: - предложенная обобяенная нелинейная феноменологическая модель

деформирования систекц "основание-Фундамент", её Физическое обоснование и анализ параметров модели с точки зрения кинетической теории;

алгоритмы и пакет прикладных программ для проведении вычислительного эксперимента по определению и исследование параметров принятой обобщённой «одели системы;

результаты вычислительного эксперимента по исследованию параметров принятой . модели деформирования системы с количественным и • зчественяым анализом их влияния на деформативность и несущую способность системы;

- разработанные на основе принятой модели критерии и практические методы по оценке несущей способности Фундаментов уплотнения и прогнозу осадок сооружений с учетом Фактора времени;

- внедрение результатов в практику строительства.

ссщграаннЕ РПБСПН

Во введении дано обоснование актуальности я практической ценности работы, сформулирована цели исследований.

В первой главе произведен краткий обзор развития и соверпен-ствоваиия традиционных методов расчёта деформативности оснований, включенных в современные нормативные источники, основанных ка подходе к грунтовому основанию как к линейно-деформированному полупространству, в разработку которых внесли сбой вклад такие крупные советские ученые, как Н.Х.Герсеванов, Д.Е.Польшин, Н.А.Иытови«, В.А.Флорин, К.Е.Егоров, М.Н.Гольязтейн,Б.И.Далматов и др. , указаны недостатки репений прикладных задач геомеханики в линейной постановке, освеяенн тенденции современных исследований.

Далее в главе рассматриваются общие м его логические подходы к описанию процессов деформирования оснований, сахдый из г-ггоры»

включает свои объекты исследования, свою математическую модель, согласующуюся с принимаемыми теоретическими допущениями, а следовательно и сбои феноменологию. Выделяются три наиболее общих подхода, применяемых в современной механике грунтов.

Перьый из них'.- статистический метод, в котором применяется вероятностный подход к взаимодействию зерен грунта. Объект исследования - дискретная зернистая грунтовая среда. Этот метод связан с введением гипотез о свойствах частиц, силах и закономерностях их взаимодействия, в чём и заключается его основная Феноменология.Разработки с использованием данного метода находят некоторое практическое применение при расчетах напряжённо-деформированного состояния скально-блочных массивов, однако широкого опыта внедрения они не получили.

Вторым подходом к исследованию процессов деформирования-.фундированных оснований является подход на основе Феноменологической макроскопической теории сплошной среди. Объект исследования -поведение микрообъёмов грунта при различном напряженно-деформированном состоянии. Этот подход наиболее популярен и наиболее фундаментально теоретически разработан. Математическая модель метода заключается в выбранной модели сплошной грунтовой среды, а основная феноменология в принятии дифференциальных уравнений Физических закономерностей взаимодействия микрообъёмов в грунтовом массиве (упругость, пластичность,.ползучесть, дилатансия).

Третий методологический подход заключается в ток, что процесс дсформирования рассматривается как сложный комплексный процесс деформирования системы "основание-сооружение' и требует целостного системного анализа и построения математической модели на базе комплекса данных по крупномасштабным экспериментам. Объект исследований г данном методе - поведение системы "основание-фундамент " в целом*. Математическая модель метода заключается в уровне-

ниях, описывающих поведение системы в зависимости от изменения тех или иных факторов влияния.

В первом и втором подходах в основу методологии заложен принцип суперпозиции, беспрекословно выполняемый при описании линейных явлений, но применение которого не корректно при описании нелинейных явления. Для описания последних рекомендуется проведение комплексных теоретических исследований обобщённых моделей с применением современных методов (математическое моделирование по базе исходных экспериментальных данных на основе вычислительного эксперимента) , которые привели бы к качественному анализу систем нелинейных интегрально-дифференциальных уравнений и построению упрошенных ма-. тематических моделей, дахвдих ту же качественную и количественную картину описания нелинейных процессов.Изложенное выше обосновывает , третий методологический подход, как наиболее приемлемый для построения обобщенной нелинейной феноменологической модели деформирования системы "основание-Фундамент".

Далее в первой главе дан обзор принципов решения и дифференциальных уравнений линейных и основных нелинейных моделей сплошных грунтовых СРеД, обзор, реологических моделей, основных функциональных зависимостей ползучести, течения и упрочнения, интегральных ядер наследственной теори^ ползучести, а такяе термоФлуктуационные модели описания реологии грунтов. Большой вклад в развитие которых внесли: В.В.Соколовский,В,Г.Березанцев,С.С.Голушкевич и др.(задачи предельного рановесия) ; В.Д.Флорин,И.И.Горбунов-Ногадов, ¡i. В. Малышев, С.С.Вялов,В.Н.Широков,В.И.Соломин,Л.В.Горелик,ft.Л.Гольдин и др.(не-

-I

линейно упругие задачи);А.К.Бугров,И.И.">ойко,Е.Ф.Винокуров,Ю.К. За-рецкий, М.В.Малышев, Ю.Н.Мурзенко, В.Я.Николаевский, Й.В.Пилягин, й.В.Фадеев,В.Г.Федоровский и др.(упругопластичность);М.Н.Гольдштейн, С.Р.Месчан,3.Г.Тер-Мартиросян,Davenport,L.Schukle, H.Wu, A.Singh, J.K.Mitchell и др.(реология грунтов).

Обобщённые модели деформирования системы "основание-фундамент" базирующиеся на эмпирических формулах, на установлении реологических моделей систеки "свая-грунт", на составлении общих дифференциальных уравнений поведения системы или на подходе к деформированию системы с позиций теории наследственной ползучести изложены в работах: A.A.Бартоломея, Б.В.Бахолдина,А.А.Григорян,Б.И.Да лматова, Н.В.Жукова, Н.Л.Зоценко,В.И.Крутова,Ф.К,Лапшина,А.А.Луги,М.А.Мет с, Н.М.Окехьчак, Н.Кгееп,3.Wef-erhof и др.

Обзор моделей (грунтовых сред и обобщенных) произведен с целью выбора наиболее приемлемого методологического подхода к "построению модели поведения фундаментов уплотнения с учётам их особенностей.

К одному из наиболее перспективных видов таких фундаментов относятся Фундаменты в вытрамбованных котлованах^ в пробитых скважинах. Особенности технологии изготовления фундаментов уплотнения требуют проведения комплексных исследований jjx поведения с учётом зон распространения уплотнений,реологических явлений отдыха, проблем надёжности. Больной вклад в разработку и внедрение в практику строительства Фундаментов уплотнения внесли Р.Р.Двазов, A.A.Бартоломей, Б.В.Бахоядин.Ю.Л.Бинников, й.А.Григорян,В.Н.Голубков,Б.И.Даяматов, Н.В.Жукоз, Н.Л.Зоценко, В.И.Крутов.Ф.К.Лапиин.А^А.Луга.Р.М.Нарбут, Г. Ф. Новом л ов, И . Омел ьчак, П. Н. Омельченко, А. В. Пи лягин ,Е.И. Платон ов, В.Б.Швеи, Б.С.Юшков, M.Bu3tamante,R.Coolte, H.Kreen.G.Meyerhof И др.

Вопросы начального напряженного состояния, неоднородности Физико-механических и" реологических характеристик грунтов в зоне влияния Фундаментов уплотнения, процессы "отдыха", учет технологических процессов изготовления ставят значительные затруднения в создании нелинейной математичсксй модели процессов деформирования системы "основание-фундамент уплотнения" на базе механики сплошной среды. В то »е время обобиенний феноменолоический подход дает воз-

ложность учёта всех этих Факторов при построении целостной нелинейной модели работы системы "основание Фундамент".

Во второй главе дается теоретическое обоснование обобщенной Феноменологической зависимости деформирования системы "основание-Фундамент". Так как данные экспериментов над исследуемым объектом показывают конечный результат Скак бы реление исходной неизвестной системы интегрально-дифференциальных уравнений), то с теоретической точки зрения более правильным будет поиск этой системы, общее решение которой удовлетворяло бы описанию процессов.

Многие реологические процессы деформирования во времени имеют экспериментальные графики,которые называют семейством кривых ползучести (рис. 1а), а уравнения, описываюаие эти кривые, принято составлять в виде суммы нескольких членов, образованных различными апроксимирующими формулами.

Рассматривая процесс деформирования системы "основание-Фундамент" комплексно, как единый временной термофдуктуационный процесс, очевидно, что всё семейство кривых должно описываться единым уравнением, без выделения каких-либр участков" (в том числе и "условно-мгновенного"). Причём уравнение должно быть универсальным и описывать единообразно всё семейство кривых, несмотря на их кажущееся отсутствие подобия. При этом изменяющиеся условия должны быть учтена .изменением величин входящих в уравнение конкретных значений того или иного параметра. Ближайшим математическим эквивалентом, описывающим семейство подобных кривых на стартовых возрастающих участках деформирования, является уравнение вида:

Б=М*>ехр(СЬ) (1)

где 5 - деформации; £ - время; А, Ь, С - параметры математической модели процесса деформирования, причем А>0, 0<Ь<1. а параметр С может принимать как положительные, так и отрицательны»' значения.

Графики предложенной зависимости при различных значениях параметра С показаны на рис.1(6).

Математический анализ предложенной зависимости (1) выявил, что при t->0 значения деформаций равны нулю, а бесконечно большие значения скорости деформаций обуславливают вертикальный стартовый участок кривых деформирования и более корректно представляют "условно-мгновенные" деформации.

Принятая упрощенная математическая модель процесса деформирования открытой системы "основание-фундамент" корректно описывает процесс деформирования при отсутствии или до момента наступления локализации распространения деформаций в грунтовом основании (аналогия кривых ползучести: стартовый участок затухающей, полные кривые "вековой" незатухающей и прогрессирующей),этому соответствуют все ступени загруяения при статических испытаниях фундаментов. Кроме того данная модель позволяет прогнозировать по начальному участку кривой процесса момент наступления локализации распространения деформаций (t=-b/C при отрицательном значении параметра О. В дальнейшем уравнение (1) становится неприемлемым, поскольку система переходит в качественно новое состояние (становится закрытой системой), в кото-' рой будут происходить иные нелинейные процессы диссипации энергии деформирования. Вопросы определения зон локализации распространения деформа"ий, происходящих в ней процессов,не вошли в цели данной диссертационной работы, а в модели принято, что при значении времени t>b/(-C) происходит полная стабилизация деформаций и график зависимости Sit) преобразуется в горизонтальную прямую (рис.1(6) кр.1).

Днализ уравнения с точки зрения кинетической теории показал, что при больших значениях внешних силовых воздействий в единицу временн производная уравнения (1) приближенно соответствует формуле скоростей процессов Г.Зйринга, а Физическая сущность параметров

П (2)

*Ь (1)

Рис. 1в. Реологические кривые деформирования 5(Ь)

1) разделение на стадии затухающей кривой 0-л-"7словно-мгновенная" стадия деформирования а-¿-затухающая ползучесть

2) незатухающей кривой

О-А-'условно-мгновенная" стадия деформирования Л-В-затухающая неустановившаяся ползучесть Я-С-у становившееся течение ^-•^-прогрессирующая ползучесть

<3)

■ ] > —'---" (2)

-- (1)

—^

(1'

Ьзр

Ь.2 я

Рис. 16. Графики Функции 5(Ь) =АЬъехр( СЬ)

при значениях параметров:

кривая (1) А>0 , 0<Ь<1 , С<0

кривая (2) А>0 , 0<Ь<1 , С-0

кривая (3) ' А>0 , 0<Ь<1 , С>0

исходной зависимости (1) имеет следующий смысл:

Acp.tr.я} -энергетический уровень деформирования системы "основание-фундамент", характеризующий накопление микросдвигов,преобразование структуры грунта в зоне влияния Фундамента на момент приложения нагрузки р, является так хе функцией обобщённой характеристики свойств основания В,зависит так же от Формы и жесткости V системы; Ъср.ч.в) -временной показатель, зависящий от тех же факторов и характеризующий совместно с параметром С- время стабилизации деформаций или начало прогрессирующего их развития;

С(р.а,я> -параметр состояния внутренней энергии системы "основание-Фундамент", характеризующий баланс состояния неравновесного процесса разрушения и восстановление связей между часстицами грунта в зоне влияния Фундамента.

Обобщённая зависимость приобретает вид.'

Зг», ъ)=А(Х,.ы.а)Ьь^-*'-1Чехр(Рг1>.ог.взЬ) (2)

Интегральное -ядро предлагаемой- в качестве общего решения зависимости (2) до беконечно малого слагаемого соответствует наиболее' популярному акспоненциально-степенному ядру наследственной ползучести, применяемому к керздым грунтам С.С.Валовым и другини в ранках подхода с позиции механики сплошных сред или применяемым А.А.Бартоломеем; 3.3.Омельчаком,3.3.Юшковым при обобщенном подходе к деформированию системы "свая-грунт" с позиций наследственной теории ползучести. Беконечно малое слогаемое имеет существенное значение на начальных этапах деформирования и обуславливает так называемую "условно-мгновенную" часть деформаций.

Параметры уравнения (1), принятого в качестве обобщенной модели удовлетворяют следующей системе дифференциальных уравнений: Ь=Ь*0 (За)

С=Ь/Б-Ь Л (36)

1п(5/А)=^(1пг-1)и+иё/5) (Зв)

где выражение S=S/S-(S/S)z - включает в себя определённый Физический смысл, поскольку если умножить это выражение на массу, то первый его член будет определять относительную инерционность системы, а второй - относительную кинетическую энергию деформирования. Учитывая, что ln(S/A)-ln(S)-ln(A), неопределённый интеграл

j С1/S) <¡S=ln (S)+con з t, a dS/S представляет собой относительную деформацию, следует вывод, что в правой части уравнения (Зв) стоит полный интеграл (по всем влияющим на Функцию деформирования параметрам) относительных деформаций, а параметр А представляет собой постоянную интегрирования, зависящую от начальны* условий. Физическая сущность уравнений (За) и (36) раскрывается, если их представить в виде дифференциальных уравнений инерционного нелинейно-вязко-упругого тела Кельвина-Фойгта.

В третьей главе раскрывается сущность вычислительного эксперимента по исследованию обобщенной модели деформирования системы "основание-Фундамент" на базе накопленных экспериментальных данных. Условно цикл вычислительного эксперимента принято разделять на шесть этапов: сбор базы экспериментальных данных об исследуемом объекте; построение математической модели исследуемого процесса; разработка математических алгоритмов, методов и приемов, позволяющих решить поставленную задачу; программирование алгоритмов применительно к конкретным вычислительным средствам (ЭВМ); непосредственно вычисления на ЭВМ значений новых параметров, характеризующих поведение математической модели и объекта исследований; обработка" полученных результатов вычислений, их теоретический анализ и выводы о приемлемости или необходимости дальнейшего усовершенствования принятой математической модели.

Базой исходных экспериментальных данных для проведения вычислительного эксперимента послужили накопленные на кафедре Осно-

ваний и фундаментов Полтавского ИСК результаты статических испытаний фундаментов уплотнения в количестве 135 испытаний на 19 пло-аадках с различными инженерно-геологическими условиями.

В качестве математической модели процесса деформирования принята обобщенная Феноменологическая зависимость деформирования системы "основание-Фундамент", теоретическое обоснование которой изложено во второй главе.

Выбор средств для выполнения вычислительного эксперимента и обработки базы экспериментальных данных показал, что наиболее приемлемыми язляются персональные вычислительные нашины (ШТЗВМ), совместимые с компьютерами Фирмы IBM.

Для определения значений параметров принятой модели пр базе экспериментальных данных составлено четыре типа алгоритмов ис-пользукиих следующие методы определена параметров:метод наименьших квадратов; приближённый метод регрессий¡метод решения систем нелинейных уравнений; ' метод дифференциалов! Разработанные алгоритмы позволили получить новую цифровую информацию по экспериментальным данным. В качестве основного алгоритма, как равноточного и наиболее экономичного с точки' зрения быстродействия, был принят алгоритм определения параметров приближённым методом регрессий.

В результате первого цикла вычислительного эксперимента получены численные значения параметров модели деформирования системы "основание-Фундамент" для различных типов Фундаментов и в различных инженерно-геологических условиях. Проведен анализ влияния величии параметров иа несущую способность и процесс деформирования системы. Алгоритм первого цикла позволяет определять Функциональные зависимости изменения параметров модели от нагрузки для конкретного испытания, на основе чего производить определение частного значения предельного сопротивления вдавливанию Ju (по хотуоег.тксму критерию С=0) и численный прогноз деформаций системы.

Для фундаментов в пробитых скважинах лучиие формы парной нелинейной регрессии соответствуют формулам:

А(р)=Аоехр(А*р+Аярг) (4а)

Ъ(р)=Ьо+Ъгр (46)

ССр)~Са*С1/р (4в)

Основной вопрос второго цикла вычислительного эксперимента состоял в выборе алгоритма проведения множественного регрессионного анализа,оптимальной Формы нелинейного многоФактсрнсго уравнения для описания постоянных коэффициентов функциональных зависимостей изменения параметров модели и выбора Факторов влияния ( нагрузки, Формы и жесткости системы, времени "отдыжа", геологически* условий). Анализ проводился по одной из наиболее иногочисдениых групп испытаний - группа Фундаментов в пробитых скважинах. Были выделены следующие Факторы влияния, иметадие безразмерные величины: геологические Факторы (5г,Л,,йг,е - степень влажности, число пластичности,, влажность и коэффициент пористости слоя "грунта, в котором сформировано тело фундамента и подстилающего слоя); Факторы формы и жесткости фундаментов с учетом технологии ( №х - отнояение плояади проекции Фундамента в плане к площади обвей поверхности Фундамента, соприкасающейся с грунтом и Ив - отношение объема грунта, вытесненного при устройстве Фундамента к объему тела фундамента; 1 фактор времени "отдыха". База имеющихся на данный момент экспериментальных данных позволяла произвести лияь семифакторный множественный нелинейный регрессионный анализ.

, В качестве Формы уравнения множественной регрессии были применены: линейное уравнение множественной регрессии; мультипликативная Форма регрессии; гиперболическая Форма. Достоверность полученных эмпирических Формул оценивалась по коэффициенту множественной корреляции, который при (5%) уровне значимости не должен выть менее, чем И=0.666, а так же с ломояыо ^"-критерия Филера,

Результаты статистической оценки достоверности теоретического предсказания для всей выборки -экспериментальных данных по различным видам Формул показали наиболее высокую точность формул:

Кхо.лтг f/2o. ib ¡¡¿з .su jpio.4<e Xps0-gei Ао =l.Z4E-6-hx -; (5а)

fD.ZBCB RS4.30B foo.i-as eiö.*BB jfLlo.B3ß

=3.12E-7-h*--7.6äE-5; (56)

ffso.ize T°-1B* ez3-szl Rzz°-DeT

fo O.BO4 yo. 1BB 8DB

As -i.lPE-S-hic -:--2.75E-6; (5s)

H2a.zoe fca.sBe jplz.rss jpzz.zei

eil.Xeo ег1.-лвг Kls.237 Jp20.4B7

bc =1.20E-B - hx--6.10E-4; (5r)

¡ f/1o.eBB wsa.uz jpii.<zz

f/1O.TB4 c¡rzB.XSB Jps0.042

bx -3.42E-8-h¡---1.48E-S;- (5д)

угр.овг fo.soa jpia.34e

y/sO.OS7 Jri1.41F Xpi°-e0e

Cd =e.UE-S-hic -:-:--4.3БЖ-6; (5e)

tf1o.zB& jo.aia sIzi.bbb jpso.zoe

■ ff1o.7ie то.гае Sri2-ei* 2рго.з*в

Ci =-1.6SE-5-h* -i--(5x) .

fjsa.i7o д^я.вге ip1o.sBZ

где Ьл - длина ствола фундамента (см); Sri, ei, Jpi ,'tfi, Bí-ei- wí , Rti=ei ■ Ipi - параметры геологии полиадки; У/i, Wz - параметры геометрии и технологии изготовления; Г - параметр времени "отдыха" фундамента в пробитой скважине. Основное содержание четвертой главы заключается в практическом применении результатов и алгоритмов вычислительного эксперимента обобщённой модели деформирования системы "основание-фундамент". Поскольку фундаменты в пробитых скважинах и некоторые другие фундаменты уплотнения по характеру работы относят к свайным фундаментам, при статических - испытаниях возникают вопросы о критериях определение частного значения предельного сопротивления вдавливанию.

На основе предложенной обобщенной феноменологической модели деформирования системы "основание-фундамент'' таким критерием является достижение параметром состояния внутренней энергии (О нулевого значения, что соответствует балансу скоростей процессов раз-руяения и восстановления связей в грунте зоны влияния фундамента, а следовательно такому состоянию системы, при котором не происходят диссипация энергии деформирования и локализация зон предельного состояния. В реологических теориях это соответствует уровню нагружения, при котором в грунте реализуется установившаяся ползучесть. Сопоставительный анализ определения частных значений предельных сопротивлений по результатам статических испытаний с использованием различных критериев (по методике СНиПа, "двулогариф-мической" и с использованием обобщенной модели) показал, что для удлиненных погружаемых или втрамбовываемых фундаментов уплотнения,

при отсутствии в острие упирения, расхождения не превышали 14%. Для фундаментов в пробитых скважинах, при устройстве в острие мощных увирений из жесткого втрамбованного материала, традиционные критерии либо значительно занижают результата частных значений предельного сопротивления, либо результат остается неопределённым во всем диапазоне испытательных нагрузок. При исользовании критерия по обобщенной модели 1Ц>огноз частного значения предельного сопротивления остается возможным,а его значение, по мнению автора, более корректно характеризует работу Фундаментной конструкции.

Далее в главе приведены описания алгоритмов расчета несущей способности и дефррмативности на базе обобщённой модели деформирования системы "основание-Фундамент". Вегь алгоритм расчета возможно разделить на три основные части:

1. Построение математической модели работы системы "основание-фундамент": а) по результатам статических испытаний любой фунда-

ментнсй конструкции (подготовка данный, вычисление значений параметров модели,апроксимация Функций изменения параметров от нагрузки и определение постоянных коэффициентов обобщенной модели); б) по данным геологии площадки и предварительно принимаемым размерам фундаментов в пробитых скважинах (моделирование результатов статических испытаний по' Формулам 5а-5ж см. рис 2 ).

2. Определение значения предельного сопротивления вдавливании по условию равенства нулю баланса разрушения и восстановления связей в грунтовом основании, определение несущей способности системы.

3. Прогноз осадки здания во времени с учётом функции загрухения (замена Функции загружения на ступенчатую, определение величин и периодов действия условно-постоянных нагрузок,определение значений параметров . обобщённой модели дефорыирова'ния системы "основание-фундамент" на каллой ступени загрухения, вычисление времени полной стабилизации осадок и их величин на каждой ступени загру-.ения, суммирование значения полной осадки за прогнозируемый период).'

Приведенный анализ результатов сопоставления вычисленных величин деформаций во времени (рис.3) и данных наблюдений за осадкам» зданий на Фундаментах в прсбитих скважинах показал достаточную для инженерных расчетов точность прогнозируемых величин, что подтвердило практическую приемлемость применения метода.

Завершающий параграф четвертой главы содержит описание внедрения метода в практику проектирования и строительства и экономические расчеты эффективности.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Для построения модели поведения системы "основание-Фундамент", применительно к фундаментам уплотнения наиболее целесообразно применять обобщённый феноменологический подход описания деформирования системы на основе математического моделирования, обработки базы •данных крупномасштабных экспериментов (статических испытаний) , вм-

Эксперимент - Кривей Рог Й1С код - КЯГГС!

■ }

Эксперимент - Кривой Рог СОС - код ~ КЕРРИ

Рис.2 Пример моделирования результатов статически*

испытаний фундаментов в пробита* скв^хкнад (ФПС;

(компиотерная графика)

Рис.3 Сопоставление теоретически вычисленных по обобщенной модели осадок здания с наблюдаемыми осадками поверхностных марок.

На примере 5-ти этажного кирпичного жилого дома по ул. Погребняка 16-а, г. Зеньков Полтавской области. Бт^па) - минимальные осадки поверхностных марок' Ваах(г) - максимальные осадки поверхностных марок; "" 5теор(Ь) — теоретическая осадка фундамента ФПС.

числительного эксперимент:!, как прогрессивного метода теоретических исследований для анализа параметров модели и ее дальнейшего усовершенствования .

2. Предложенная обобщённая Феноменологическая зависимость единообразно описывает все виды возрастающих кривых деформаций, получаемых при статических испытаниях Фундаментов, при изменягспихся значениях входящих в неё параметров.позволяет рассматривать деформирования системы комплексно, как единый временной термофлуктуационный процесс и соответствует принятию в качестве исходной для построения обобщённой модели деформирования системы "основание-фундамент".

3. Разработанные алгоритмы и пакет прикладных программ позволили провести вычислительный эксперимент по определению и исследованию параметров принятой обобщённой модели системы на основе базы экспериментальных данных статических испытаний фундаментов в пробитых скважинах с количественным и качественным анализом их влияния на деформативность и несущую способность системы, выявить Формулы определения постоянных коэффициентов обобщённой модели. Теоретический анализ результатов вычислительного эксперимента позволил выявить критерии определения предельного значения сопротивления вдавливанию фундаментной конструкции.

4. Результаты исследований позволили на основе принятой модели разработать критерии и практические методы оценки несудей способности фундаментов уплотнения и прогноза осадок сооружений с учетом фактора времени как по результатам статических испытаний, так и по данным инженерно-геологических условий.

5. Исследовательские задачи, решение которых найдено в диссерта-ционнй работе, вошли в состав научно-исследовательской темы"Внед-рение прогрессивных фундаментов уплотнения в практику строитель-тва", котрая является составной частью республиканской программы РН.Ц.ОПЗ "Материалоемкость", внедрены при проектировании и строи-

тельстве Фундаментов в пробитых скважинах на объектах гражданского и промышленного назначения з тресте "Укрвостокнетегазстрой" и тресте "Сумыоргагрострой" с получением существенного экономического эффекта.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Белоконь А.Н. , Зоценко Н.Л. Обобщенная феноменологическая зависимость деформирования системы "основание-сооружение" //Использование достижений нелинейной механики грунтов в проектировании оснований и фундаментов: Сб. тез. докл. II Всесоюзной конф. - Яошкар-Ола, 19S9. -С.12-13.

2. Белоконь Й.Н., Беда C.B. Критерии определения несущей способности свайных фундаментов по результатам статических испытаний // Расчет и проектирование свай и свайных Фундаментов: Тр. II Всесоюзной конф. "Современные проблемы свайнрго фундаментостроения в СССР", 4.1. - Пермь, ИЛИ, 1990. -С. 61-62.

3. Беда C.B., Белоконь А.Н. Конструктивные особенности и эффективность фундаментов в пробитых скважинах //Тез. докл. Республиканской науч. - техн. конф. ' "Совершенствование железобетонных конструкций, работающих на сложные виды деформаций, и их внедрение в строительную практику", ч.2,3. - Полтава, 1989. -С. 15-16. . ->

4. Белоконь А.Н., Зоценко ff.JI. Термодинамический подход к «прогнозу деформирования фундаментов, сооружаемых без выемки грунта //Совершенствование и внедрение фундаментов на гдубинно-уплотнительном основании: Сб. тез. докл. к зональной конф. -Пенза, 1933. -С.23-24.

5 Зоценко Н.Л., Винников Ю.Л., Белоконь А.Н., Котяярова Е.В. Прогноз осадок зданий на Фундаментах в пробитых скважинах //Совершенствование расчёта и конструирования фундаментов: тез. л.окл науч.--екни^гской конференции.(12-13 ноября 199С г.) -Севастополь, 1990

-С. 57-5В.

6. Зоценко Н.Л., Стсрохеико Г.Т., Белоконь А.П., Ванников Ю.Л. . Болонцевич Ю.А., Воробьев С.Б. Фундамента я пробитык скважинах на стройках Кривбасса //Строительство в районах Урала и Западной Сибири. Передовой производственный опыт и научно-технические достижения, рекомендуемые для внедрения: Информационный сб. Бкп. 6 - М., 1989. -С. 46-49.

7. Белоконь Й.Н., Зоценко Н.Я. Прогнозирование деформаций во времени //ИнтесиФикациь строительного производства: тез.докл. областной науч.-техн. конф. (11-14 апреля 1989г.) -Полтава, 39,89. -С. 33-38.

8. Белоконь А.Н. Вычислительный ■эксперимент как способ теоретического анализа и методология построения нелинейных моделей геотехнических процессов //Тез. докл. 42 науч. кенф, преподавателей, науч. работников, аспирантов и студентов института. МВ и ССО УССР. Полтавский инженерно-строительный институт,Кременчугский дом науки и техники. - Полтава, 1990.-С 163.

9. Белоконь Я.Н..Винников Ю.Л., Зоценк.о Я.Л. Экономия материальных и энергетических ресурсов при проектировании и устройстве фундаментов в пробитых скважинах //Снижение материалоемкости и трудовых затрат в строительстве: Сб.науч.тр. -К..-УМК ВО, 1801. -С. 119-124.

10. А.Н.Белоконь, Ю.Л.Винников Оценка несуяей способности фундаментов в пробитых скважинах по результатам статических испытаний. // Устройство и усиление фундаментов с улучшением строителькык свойств грунтов оснований : Сб. тез. докл. к зональной кои*. -Пенза, 1991, -С.6В-70.